无机功能材料.docx

1. 课堂上主要介绍了哪些无机功能材料？答：纳米材料 超导材料 功能薄膜材料 功能转换材料 梯度材料 生物医用材料 功能陶瓷 磁性材料 储氢材料 2. 纳米材料有哪些基本性质？答：物理性能：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应 化学性能：表面活性及敏感性、催化性能表面效应：纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子 尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能及表面张力随着增加，物理、化学性质发生变化。 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。 量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近 的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据轨道和最低被占据的分子轨道能级，能隙变宽的现象 。 宏观量子隧道效应：颗粒的一些宏观物理量，如微磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称其为宏观量子隧道效应。3.超导材料有哪些特性？以及超导材料的分类？超导体主要具有三个特性:零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场小于临界磁场，磁场不能透入超导体内，超导材料内部的磁场恒为零。超导悬浮，就是利用超导体的完全抗磁性。约瑟夫森效应当两超导体之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，而且频率与电压成正比。超导体的分类没有唯一的标准，最常用的分类如下：由物理性质分类：可分成第一类超导体（若超导相变属于一阶相变）和第二类超导体（若超导相变属于二阶相变）。 由超导理论来分类：可分成传统超导体（若超导机制可用BCS理论解释）和非传统超导体（若超导机制不能用BCS理论解释）。 由超导相变温度来分类：可分成高温超导体（若可用液态氮冷却就形成超导体）和低温超导体（若需要其他技术来冷却）。 由材料来分类：它们可以是化学元素（如汞和铅）、合金（如铌钛合金和铌锗合金）、陶瓷（如钇钡铜氧和二硼化镁）或有机超导体（如富勒烯和碳纳米管，这可能都包括在化学元素之内，因为它们是由碳组成）。3. 功能薄膜介绍了哪些？哪些类别？以及制造方法？答：按化学组成分：无机膜 有机膜 复合膜按相组成分为：固体薄膜 液体薄膜 气体薄膜 胶体薄膜按晶体形态分：单晶膜 多晶膜 微晶膜 纳米晶膜 超晶格膜按薄膜的功能及其应用领域分：电学薄膜 光学薄膜 硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 有机分子膜 装饰膜、包装膜形成方法：化学气相沉积：是提供给基片的气体，在加热和等离子体等能源的作用下在气相和基体表面发生化学反应的过程。真空蒸发：真空蒸发薄膜的形成一般分为凝结过程、核的形成与生长过程、岛的形成与结合生长过程溅射：当具有一定能量的粒子轰击固体表面时，固体表面的原子就会得到粒子的一部分能量，当获得的能量足以克服周围原子的束缚时，就会从表面逸出，这种现象称为“溅射”外延：指在单晶基片上形成单晶结构的薄膜，而且薄膜的晶体结构与取向都和基片的晶体结构和取向有关。4. 功能转换材料有哪些？（1） 压电材料 某些电介质晶体在机械外力作用下发生形变时，电极化强度发生变化，因而在某些对应表面产生异号电荷，这种没有电场作用而只由于形变使晶体电极化状态发生变化的现象叫做压电效应，压电效应使机械能和电能发生转化。（2） 热释电材料 一些材料由于温度变化而引起电极化状态改变，在某些相对应表面产生异号电荷。该现象叫热释电效应，其逆效应为电生热效应外加电场变化，引起材料温度变化。（3） 光电材料 物质受光照后引起某些电学性质变化的现象叫光电效应，包括光电导、光生伏特、光电子发射三种。（4） 热电材料 用不同导体构成回路，两接头保持温差，则闭合回路中有电流流过。该现象叫温差电效应或热电效应。回路中的电动势叫温差电动势。（5） 电光材料 电光效应物质光学特性受电场影响而发生改变的现象。（6） 磁光材料 磁光效应物质受磁场影响而光学特性发生变化的现象。（7） 声光材料 声光效应声波作用于物质使其光学特性发生改变的现象。超声波引起的效应尤其显著. 超声波可以引起物质密度周期性变化，形成超声光栅，引起光的衍射（声光衍射效应）。5. 梯度功能材料的特征及制备方法？答：主要特征：（1）材料的组分和结构呈连续梯度变化。（2）材料的内部没有明显的界面。（3）材料的内部也相应呈连续梯度变化。 制备方法：（1）气相沉积法。气相沉积法分为化学气相沉积法、物理气相沉积法以及物理化学气相沉积法。（2）等离子喷涂法。是将粉末材料送入等离子体（射频放电）中或等离子射流（直流电弧）中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层，通过调节等离子流的温度和流速，原料粉末成分和供给条件，从而实现薄膜组成的调节。（3）自蔓延高温合成。利用两种反应剂在一定条件下发生高放热反应，产生高温，是化学反应自动的进行下去 形成新的化合物。（4）激光熔覆。将混合后的粉末通过喷嘴喷到基体表面，然后改变激光功率、光斑尺寸和扫描速度加热粉体 在基体表面形成熔池，在此基础上通过改变粉末成分，向熔池中不断喷粉，获得功能梯度涂层。（5）粉末冶金。通过控制和调节原料粉末的粒度分布、烧结温度、烧结时间和烧结收缩的均匀性获得梯度功能材料。6. 生物医用材料定义、性质、主要开发的类别、热点。答：物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。生物医用材料按用途可分为：骨、牙、关节、 肌腱等骨骼-肌肉系统修复材料，皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等软组织材料，人工心瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料，血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等医用膜材料，组织粘合剂和缝线材料，药物释放载体材料，临床诊断及生物传感器材料，齿科材料等。生物医用材料按按材料在生理环境中的生物化学反应水平分为：惰性生物医用材料、活性生物医用材料、可降解和吸收的生物医用材料。生物医用材料按材料的组成和性质可以分为：生物医用金属材料、生物陶瓷、生物医用高分子材料、生物医用复合材料、生物衍生材料。热点：碳纤维/高分子材料、无机材料（生物陶瓷、生物活性玻璃）、高分子材料的复合研究；生物医用纳米材料、活性生物医用材料、介入治疗材料、血液净化材料具